[发明专利]一种去红绿灯化网联智能路口的通信系统与协议方法

权利要求书

1.一种去红绿灯化网联智能路口的通信系统，其特征在于，包括车辆节点和调度中心节点，所述车辆节点与调度中心节点按照CVMAC协议完成数据传输；所述CVMAC协议结合了CSMA/CA和VeMAC协议，根据估算的信道节点接入密度确定协议类型，在密度低时使用CSMA/CA的协议调度，在密度高时采用VeMAC协议的模式进行传输；其中接入密度的高低区分标准根据两种协议的吞吐量相当时计算出的车辆数目确定，当实际接入车辆数目超过车辆数目标准时，认为接入密度高，否则认为接入密度低。

2.根据权利要求1所述的一种去红绿灯化网联智能路口的通信系统，其特征在于，CSMA/CA协议的吞吐量VeMAC设计核心TDMA协议的吞吐量其中n表示车辆数目，p表示传输概率，s表示数据包传输时延，d表示DIFS传输时延，R表示车道数量。

3.根据权利要求2所述的一种去红绿灯化网联智能路口的通信系统，其特征在于，切换协议的车辆数目标准为

4.根据权利要求1所述的一种去红绿灯化网联智能路口的通信系统，其特征在于，所述车辆节点设有如下处理单元：

侦听单元，用于到达十字路口触发调度需求时侦听是否接收到信道空闲Signal，在接收到信道空闲数据包时解析包中的接入密度信息，并根据密度确定协议类型；

CSMA/CA协议调度单元，用于在接入密度低时，发送含有自身车辆信息、需求信息的数据包给调度中心节点，并接收调度中心节点的反馈，在请求失败时采用碰撞退避算法再次发送请求，并将失败次数加入数据包中；所述失败次数用于调度中心节点判断冲突车辆节点是否数据加剧，以便确定是否计算接入车辆节点数目以及切换协议的车辆数目标准，从而确定是否变换传输协议类型；

以及，VeMAC协议传输单元，用于在接入密度高时，接收调度中心节点发送的空闲时隙标识，根据自身车辆所在的道路方向选择适配自己帧的时隙向调度中心节点发送信息，以及将车辆节点选择时隙请求失败回避次数加入数据包中反馈给调度中心节点，以便调度中心节点确定是否动态调整时隙帧下各方向时隙的宽度。

5.根据权利要求4所述的一种去红绿灯化网联智能路口的通信系统，其特征在于，所述CSMA/CA协议调度单元中，采用二进制指数退避算法处理接入冲突，当请求失败次数达到设定阈值的车辆节点的数量增加时，触发调度中心计算由CSMA/CA协议切换为VeMAC协议的车辆数目标准；所述调度中心节点在使用VeMAC协议传输时，对多组帧周期内的时隙占有率进行统计平均，如果时隙占有率小于设定阈值，则将VeMAC协议切换至CSMA/CA协议传输数据。

6.根据权利要求1所述的一种去红绿灯化网联智能路口的通信系统，其特征在于，所述调度中心节点设有如下处理单元：

接入密度分析单元，用于对现有车辆节点的数据包中的冲突退避信息或信道利用率信息进行分析，获取车辆节点接入密度，并将接入密度信息发送给车辆节点，引导车辆节点采用CSMA/CA协议或VeMAC协议传输方式；

以及，车辆需求处理单元，用于解析出车辆节点的数据包中的需求信息，计算出车辆进入十字路口的时间，并发送给等待接收时间信息包的车辆节点。

7.一种去红绿灯化网联智能路口的通信系统的原型验证系统，其特征在于，所述原型验证系统基于树莓派平台搭建，使用道路车辆节点、调度中心节点、时隙同步节点对现实的路口场景进行模拟，使用道路车辆节点随机生成各方向的车辆模拟到达十字路口的车辆节点，使用调度中心节点模拟路边计算单元，使用时隙同步节点模拟室外GPS模块的时隙同步功能；所述道路车辆节点与调度中心节点按照CVMAC协议完成数据传输；所述CVMAC协议结合了CSMA/CA和VeMAC协议，根据估算的信道节点接入密度确定协议类型，在密度低时使用CSMA/CA的协议调度，在密度高时采用VeMAC协议的模式进行传输；其中接入密度的高低区分标准根据两种协议的吞吐量相当时计算出的车辆数目确定，当实际接入车辆数目超过车辆数目标准时，认为接入密度高，否则认为接入密度低。